TWI438420B - 具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統 - Google Patents
具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統 Download PDFInfo
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Description
本發明是有關於一種光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統，特別是有關於一種具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統。
金屬奈米粒子表面上的自由電子雲能受到特定頻率的電磁場所激發，進而以集體式偶極共振之現象反應出來，但此時這些活潑的電子雲卻被侷限在奈米微粒附近，所以又被稱之為定域化電漿共振(Localized Plasmon Resonance,LPR)，如第1圖所示。貴金屬奈米粒子1在吸收光譜中會產生特性吸收譜帶，此特性稱為定域電漿共振譜帶。此定域電漿共振譜帶感測系統的基本原理是：當貴金屬奈米粒子上1的辨識單元與待測物產生作用力結合，因而會覆蓋在貴金屬奈米粒子1表面附近，使得貴金屬奈米粒子1所處的介電環境產生變化，其波長的位置與吸收度對外在環境的改變相當敏感，而造成LPR共振譜帶的改變，最後藉由修飾特定辨識單元使其具有專一性的檢測能力，再藉由分析共振譜帶之頻率與強度的改變程度與待測物的濃度關係後，即能對之建立檢量方法。其方法主要是將貴金屬奈米粒子修飾在光纖上，形成貴金屬
奈米粒子層。上述貴金屬奈米粒子層，係由球狀貴金屬奈米粒子、方形貴金屬奈米粒子、角錐形貴金屬奈米粒子、棒狀貴金屬奈米粒子和殼體貴金屬奈米粒子其中之一所構成，且奈米粒子間基本上並不連接，貴金屬係為金，銀或白金。利用光波導多次全反射的特性，可累積貴金屬奈米粒子電漿共振之漸逝波吸收的變化量，以增加LPR的訊號，來強化感測的靈敏性。同時透過貴金屬奈米粒子1的表面官能化的修飾，增加感測器的選擇性。
單光纖感測系統缺乏補償非預期因素影響能力，像基線飄移或測試溶液組成的改變，且LPR感測技術利用貴金屬奈米粒子對外在環境折射率的敏感性來偵測生物分子，所以一般偵測真實樣品時，常經由兩次以上的稀釋過程作前處理，而多次的稀釋往往會使偵測極限變差。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統，以解決外在因素或基質本身的干擾，並可消除非特定吸附的影響。
根據本發明之其中一目的，提出一種具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置其包含：參考光纖、感測光纖以及載體。參考光纖設置有第一貴金屬奈米粒子層，且接收入射光以產生第一定域電漿共振感測訊號。感測光纖設置有第二貴金屬奈米粒子層，且第二貴金屬奈米粒子層更設置有分子或生物辨識元，且接收入射光以產生第二定域電漿共振感測訊號。載體用以置放參考光纖和感測光纖。其中，可使處理單元根據第一定域電漿共振感測訊號以對第二定域電漿共振感測訊號進行校正。
其中，第一定域電漿共振感測訊號分為參考光纖表面未修飾辨識元時偵測空白所得的訊號IR0和參考光纖偵測不同濃度的待測物所得的訊號IR；第二定域電漿共振感測訊號分為感測光纖表面修飾辨識元偵測空白所得的訊號IS0和感測光纖偵測不同濃度的待測物所得的訊號IS；第一定域化電漿共振感測訊號和第二定域化電漿共振感測訊號係符合以下公式：I'0=IS0/IR0；I'=IS/IR；T'=I'/I'0=(IS/IR)/(IS0/IR0)=(IS/IS0)/(IR/IR0)=TS/TR；其中，I'0為偵測空白時上述IS0與IR0相除後所得的修正訊號；I'為偵測相同待測物濃度時上述IS與IR相除後所得的修正訊號；T'=I'/I'0為自我校正後所得的相對訊號。
其中，第一貴金屬奈米粒子層設置於參考光纖之剝除區域或端面處。
其中，第二貴金屬奈米粒子層設置於感測光纖之剝除區域或端面處。
其中，光纖式定域電漿共振感測裝置為微流體晶片、微樣品盤或現場即時採樣裝置。當光纖式定域電漿共振感測裝置為微樣品盤或現場時採樣裝置時，則參考光纖和感測光纖具有鏡面、濾膜或剛性物質，鏡面用以反射第一定域電漿共振感測訊號和第二定域化電漿共振感測訊號，濾膜用以過濾待測物中大顆粒物質，剛性
物質用以支撐參考光纖或感測光纖。
其中，校正包含補償樣品由基質組成所造成的干擾、外在環境溫度變化所引起的溶液折射率變動、振動時搖晃的影響或是光源不穩定所造成的訊號偏移或跳動。補償樣品由基質組成的干擾包含溶液顏色、樣品高黏稠度所引起的溶液折射率變化。
其中，辨識元係為化學辨識分子、抗體(antibody)、抗原(antigen)、凝集素(lectin)、激素受體(hormone receptor)、核酸(nucleic acid)或醣類。
根據本發明之另一目的，提出一種具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其包含：光源、光纖式定域電漿共振感測裝置以及光偵測單元。光纖式定域電漿共振感測裝置包含參考光纖、感測光纖以及載體。光源產生入射光。參考光纖設置有第一貴金屬奈米粒子層，且接收入射光以產生第一定域電漿共振感測訊號。感測光纖設置有第二貴金屬奈米粒子層，且第二貴金屬奈米粒子層更設置有分子或生物辨識元，且接收入射光以產生第二定域電漿共振感測訊號。載體置放參考光纖和感測光纖。光偵測單元接收第一定域電漿共振感測訊號和第二定域電漿共振感測訊號。其中，可使處理單元根據第一定域電漿共振感測訊號以對第二定域電漿共振感測訊號進行校正。
其中，第一定域電漿共振感測訊號分為參考光纖表面未修飾辨識元時偵測空白所得的訊號IR0和參考光纖偵測不同濃度的待測物所得的訊號IR；第二定域電漿共振感測訊號分為感測光纖表面修飾辨識元偵測空白所得的訊號IS0和感測光纖偵測不同濃度的待測物
所得的訊號IS；第一定域電漿共振感測訊號和第二定域化電漿共振感測訊號係符合以下公式：I'0=IS0/IR0；I'=IS/IR；T'=I'/I'0=(IS/IR)/(IS0/IR0)=(IS/IS0)/(IR/IR0)=TS/TR；其中，I'0為偵測空白時上述IS0與IR0相除後所得的修正訊號；I'為偵測相同待測物濃度時上述IS與IR相除後所得的修正訊號；T'=I'/I'0為自我校正後所得的相對訊號。
其中，第一貴金屬奈米粒子層設置於參考光纖之剝除區域或端面處。
其中，第二貴金屬奈米粒子層設置於感測光纖之剝除區域或端面處。
其中，光纖式定域電漿共振感測裝置為微流體晶片、微樣品盤或現場即時採樣裝置。當光纖式定域電漿共振感測裝置為微樣品盤或現場時採樣裝置時，則參考光纖和感測光纖具有鏡面、濾膜或剛性物質，鏡面用以反射第一定域電漿共振感測訊號和第二定域化電漿共振感測訊號，濾膜用以過濾待測物中大顆粒物質，剛性物質用以支撐參考光纖或感測光纖。
其中，校正包含補償樣品由基質組成所造成的干擾、外在環境溫度變化所引起的溶液折射率變動、振動時搖晃的影響或是光源不穩定所造成的訊號偏移或跳動。補償樣品由基質組成的干擾包含溶液顏色、樣品高黏稠度所引起的溶液折射率變化。
其中，辨識元係為化學辨識分子、抗體(antibody)、抗原(antigen)、凝集素(lectin)、激素受體(hormone receptor)、核酸(nucleic acid)或醣類。
其中，包括一函數訊號產生器，用來驅動光源以產生調制入射光；更包含鎖模放大器(Lock-in amplifier)，以放大該第一定域電漿共振感測訊號和該第二定域電漿共振感測訊號和減低系統雜訊。
承上所述，依本發明之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統，其可具有一或多個下述優點：
(1)此具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統可降低外在因素或基質本身的干擾，並可消除非特定吸附的影響，使感測系統具有自我校正的能力，提升光纖式定域電漿共振感測感測裝置及其系統對真實樣品的偵測能力。
(2)此具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統進行待測物感測時，可減少待測物溶液前處理時稀釋的次數，以改進感測的偵測極限。
1‧‧‧貴金屬奈米粒子
2、72‧‧‧具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置
21、721、81、91、101、111‧‧‧參考光纖
211、221‧‧‧貴金屬奈米粒子層
22、722、82、92、102、112‧‧‧感測光纖
2211‧‧‧辨識元
23、723‧‧‧載體
41‧‧‧樣品槽
51‧‧‧鏡面
52、62‧‧‧濾膜
61‧‧‧剛性材料物質
71‧‧‧光源
73‧‧‧光偵測單元
74‧‧‧處理單元
75‧‧‧鎖模放大器
76‧‧‧訊號產生器
第1圖係為習知之定域電漿共振之示意圖；第2圖係為本發明之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置之示意圖；第3a圖係為本發明之整圈剝除纖殼光纖之示意圖；第3b圖係為本發明之部分剝除纖殼光纖之示意圖；第3c圖和第3d圖係為本發明之部分剝除纖殼光纖之剖面示意圖；
第3e圖係為本發明之參考光纖的貴金屬奈米粒子末端帶有氫氧基之示意圖；第3f圖係為本發明之感測光纖的貴金屬奈米粒子末端帶有氫氧基和羧酸基的硫醇分子之示意圖；第3g圖係為本發明之感測光纖的貴金屬奈米粒子末端帶有胺基的硫醇分子之示意圖；第4圖係為本發明之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置之第一實施例示意圖；第5圖係為本發明之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置之第二實施例示意圖；第6a圖係為本發明之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置之第三實施例示意圖；第6b圖係為本發明之參考光纖和感測光纖之端面處設置貴金屬奈米粒子層之示意圖；第7圖係為本發明之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統之示意圖；第8a圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第一實施例訊號時間關係圖；第8b圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第一實施例相對訊號時間關係圖；第9a圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第二實施例訊號時間關係圖；第9b圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第二實施例相對訊號對數濃度關係圖；第10a圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之
第三實施例訊號時間關係圖；第10b圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第三實施例相對訊號時間關係圖；第11a圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第四實施例訊號時間關係圖；第11b圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第四實施例相對訊號時間關係圖；第12a圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第五實施例訊號時間關係圖；第12b圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第五實施例相對訊號時間關係圖；以及第12c圖係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第五實施例相對訊號對數濃度關係圖。
請參閱第2圖，其係為本發明之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置之示意圖。圖中，具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置2包含參考光纖21、感測光纖22以及載體23。參考光纖21設置有第一貴金屬奈米粒子層211，且接收入射光以產生第一定域電漿共振感測訊號。感測光纖22設置有第二貴金屬奈米粒子層221，且第二貴金屬奈米粒子層221更設置有辨識元2211，且接收入射光以產生第二定域電漿共振感測訊號。載體23用以置放參考光纖21和感測光纖22。其中，可使處理單元根據第一定域電漿共振感測訊號以對第二定域電漿共振感測訊號進行校正。其中辨識元可為化學辨識分子、抗體(antibody)、抗原
(antigen)、凝集素(lectin)、激素受體(hormone receptor)、核酸(nucleic acid)或醣類。
對於參考光纖21或感測光纖22而言，可選用整圈剝除纖殼的光纖，如第3a圖所示，或選用部分剝除纖殼的光纖，如第3b圖所示。其部分剝除纖殼光纖剖面圖如第3c圖和第3d圖所示。參考光纖21於剝除纖殼後可設置第一貴金屬奈米粒子層211，並於貴金屬奈米粒子末端鍵結含有氫氧基(-OH)的分子，使第一貴金屬奈米粒子層211表面顯露親水性來降低蛋白質非特異(nonspecific)的表面吸附，如圖3e所示。為了讓貴金屬奈米粒子末端鍵結氫氧基分子，可配製巰基己醇(mercaptohexanol,MCH)溶液，將已設置第一貴金屬奈米粒子層211的參考光纖21浸於此溶液中，進行反應動作。
感測光纖22於剝除纖殼後亦設置第二貴金屬奈米粒子層221，並於貴金屬奈米粒子上修飾(modify)特定辨識元2211(recognition unit)，使感測光纖22具有專一的檢測能力，例如於貴金屬奈米粒子末端鍵結含羧酸基(-COOH)的長鏈硫醇分子或末端帶有胺基(-NH)的硫醇分子。為了讓貴金屬奈米粒子末端鍵結含羧酸基(-COOH)的長鏈硫醇分子，並降低蛋白質非特異的表面吸附，可以體積比1：4的方式將巰基十一酸/巰基己醇(MUA/MCH)兩者充分混合，進行自我組裝(self-assembly)反應，如圖3f所示。藉由混入特定比例的短碳鏈MCH分子，能在空間上分散個別分子探針間的距離，排解抗體抗原辨識時的立體阻礙，以增加其辨識效率。為了讓貴金屬奈米粒子末端帶有胺基的硫醇分子，如圖3g所示，可配置胱胺(cystamine)溶液，可將已設置第二貴金屬奈米
粒子層221的感測光纖22浸入此溶液中，進行反應動作。
請參閱第4圖，其係為具自我校正功能之光纖式定域電漿共振裝置之第一實施例示意圖。當光纖式定域電漿共振裝置2為微流體晶片時，其槽道部分可依待測樣品的需求來設計，其考慮因素包含待測樣品進入時的流體力學、表面張力、流體體積、內部壓力和樣品回流的殘留。此外，晶片封裝時所造成的內、外在因素皆為考慮的要件之一。請參閱第4a圖，其係為基本型微流體晶片之示意圖。在微流體晶片中設計適當樣品槽41，以置放待測樣品，並同時植入參考光纖21與感測光纖22，其中，待測樣品體積約小於或等於50微升。請參閱第4b圖，其係為本發明之分流式微流體晶片之示意圖。圖中，待測樣品於微流體槽道分流，其待測樣品體積約小於或等於40微升。請參閱第4c圖，其係為多重檢測型式微流體晶片之示意圖。可於晶片中同時植入參考光纖21與多條不同辨識元的感測光纖22來進行多重感測，檢測時所需的樣品體積大約為20-80微升，可減少樣品的消耗以符合微量分析檢測的需求，並可一次性同步檢驗多種待測目標物，以利時效。
請參閱第5圖，其係為具自我校正功能之光纖式定域電漿共振裝置之第二實施例示意圖。當光纖式定域電漿共振裝置2為微樣品盤時，參考光纖和感測光纖可於光纖末端設置鏡面51，以反射第一定域電漿共振感測訊號和第二定域電漿共振感測訊號，亦可加入設置濾膜52，將較大顆粒或複雜的物質隔離於此濾膜52之外。
請參閱第6a圖，其係為具自我校正功能之光纖式定域電漿共振裝置之第三實施例示意圖。在檢測環境或生物真實樣品或檢體時，可透過現場及時採樣裝置浸入或刺入到特定區域，便能完成檢測
，因此適合開發成醫療或及時抽樣檢驗之器材。當檢測真實樣品時，樣品中有許多複雜基質的干擾，因此可在參考光纖21和感測光纖22外層添加濾膜62，把顆粒較大或是較複雜的物質隔離在此濾膜62外，亦可加入一個表面開洞的剛性材料物質61提升整體感測器的物理強度。此外，亦可參考光纖21和感測光纖22之端面處設置貴金屬奈米粒子層211、221，以用於現場及時採樣，如圖6b所示。
請參閱第7圖，其係為本發明之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統之示意圖。具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統其包含：光源71、光纖式定域電漿共振感測裝置72以及光偵測單元73。光源71可為發光二極體(LED)光源，以產生入射光，並透過光纖耦合器將入射光耦合至光纖式定域電漿共振感測裝置72。光纖式定域電漿共振感測裝置72包含參考光纖721、感測光纖722以及載體723。參考光纖721設置有第一貴金屬奈米粒子層，且接收入射光以產生第一定域電漿共振感測訊號。感測光纖722設置有第二貴金屬奈米粒子層，且第二貴金屬奈米粒子層更設置有辨識元，且接收入射光以產生第二定域電漿共振感測訊號。載體723用以置放參考光纖721和感測光纖722。光偵測單元73可為光二極體(photodiode)，以接收第一定域電漿共振感測訊號和第二定域電漿共振感測訊號。其中，可使處理單元74根據第一定域電漿共振感測訊號以對第二定域電漿共振感測訊號進行校正。光纖式定域電漿共振感測系統更可包含鎖模放大器(Lock-in amplifier)75和訊號產生器76，鎖模放大器75用以放大第一定域電漿共振感測訊號和第二定域電漿共振感測訊號和減
低系統雜訊，而訊號產生器76用以驅動光源以產生調制入射光和提供鎖模放大器的參考訊號。
在進行生化樣品的檢測時，利用辨識元的專一性進行不同濃度的感測，感測光纖722修飾辨識元，而參考光纖721則不修飾辨識元。感測光纖722隨著貴金屬奈米粒子上的辨識元與待測物鍵結造成表面附近介電環境產生變化，進而使第二定域電漿共振感測訊號有下降的情形，且呈現明顯分子結合動力學曲線。而參考光纖721表面因為未修飾辨識元，則第一定域電漿共振感測訊號變化僅由於樣品折射率的改變、非特定吸附或環境因素變化所引起。其中第一定域電漿共振感測訊號可分為參考光纖721表面未修飾辨識元時偵測空白所得的訊號IR0和參考光纖721偵測不同濃度的待測物所得的訊號IR，第二定域電漿共振感測訊號可分為感測光纖722表面修飾辨識元偵測空白所得的訊號IS0和感測光纖722偵測不同濃度的待測物所得的訊號IS。把所得訊號帶入公式：I'0=IS0/IR0
I'=IS/IR
T'=I'/I'0=(IS/IR)/(IS0/IR0)=(IS/IS0)/(IR/IR0)=TS/TR
公式中個別參數分別如下：I'0為偵測空白時上述IS0與IR0相除後所得的修正訊號。I'為偵測相同待測物濃度時上述IS與IR相除後所得的修正訊號。T'=I'/I'0為自我校正後所得的相對訊號。若將濃度變化取-log值後，將其對T'=I'/I'0作圖，可得到濃度與相對訊號呈線性關係。
請參閱第8a圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共
振系統之第一實施例訊號時間關係圖。請參閱第8b圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第一實施例相對訊號時間關係圖。由於感測系統對環境溫度很敏感，所以在本發明之具自我校正功能之光纖式定域電漿共振感測系統中分別同時對參考光纖81和感測光纖82進行不同溫度變化的測試，來了解利用自我校正以扣除溫度效應的效果。一般而言，溶液折射率與溫度有關，當溫度上升時則訊號下降，而溫度下降時則訊號上升。在具自我校正功能之光纖式定域電漿感測系統中，當溫度上升時，參考光纖與感測光纖訊號皆同步下降，溫度下降則訊號同步上升，利用相對訊號(I'/I'0)自我校正後得到的時間對訊號圖為一良好的平訊號。
請參閱第9a圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第二實施例訊號時間關係圖。請參閱第9b圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第二實施例相對訊號對數濃度關係圖。為了確認本系統實施定性與定量的可行性，因此設計以維生素H(biotin)對不同濃度卵白素(streptavidin)偵測的實驗。由實驗結果可看出，當打入高濃度的卵白素時，可明顯看出參考光纖91無任何的變化，主要是自我組裝的短碳鏈MCH分子單層表面會顯露親水性的氫氧基(-OH)單層，可以有效的降低蛋白質非特異的表面吸附，而感測光纖92則修飾胱胺(cystamine)後再鍵結維生素H，當維生素H與卵白素進行鍵結時可明顯看出訊號的下降量(如第9a圖所示)，主要是維生素H與卵白素鍵結，而產生的訊號變化呈現分子結合動力學曲線。有了上述結果後分別打入不同濃度卵白素做檢測，所得線性係數
為0.990(如第9b圖所示)，與非自我校正的單光纖感測系統所得的0.996相差不大，偵測極限為3.8×10-11M，而非自我校正的單光纖感測系統的4.1×10-11M也相差不大。
請參閱第10a圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第三實施例訊號時間關係圖。請參閱第10b圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第三實施例相對訊號時間關係圖。由於在偵測過程中，高黏稠性的樣品會造成溶液中折射率的變化以至於產生偵測訊號的誤差。在此針對膝關節病患關節液內的IL-1 β含量做偵測，關節液樣品在經過前處理步驟後，樣品仍有較高的黏稠度。而採用具自我校正功能的感測系統則不需要過度的稀釋步驟，就可以進行量測，因此可改進偵測極限。
利用MUA/MCH在金奈米表面進行自我組裝混合單層分子膜。探針建立的方法，首先要活化MUA尾端的羧基，再經由化學反應後修飾上一個Anti-Human IL-1 β的抗體。以往採用單光纖感測系統檢測關節液真實樣品時，必須先將高黏稠的樣品進行稀釋，而在稀釋過程中會有誤差而造成檢測上的不準確且耗時。
而利用具自我校正之光纖式定域電漿感測系統檢測關節液真實樣品，先將黏稠關節液少量稀釋後就可進行檢測。由於此系統的最終目標是檢測患有關節炎病患中關節液內細胞激素IL-1 β的含量，所以可看出anti-IL-1 β與患有關節炎病患關節液中的IL-1 β進行鍵結而使訊號下降(如第10a圖所示)。所測得真實樣品中含有IL-1 β濃度為1.72×10-10M(如第10b圖所示)，在此所得的結果與單光纖感測系統所得的相似，但是因為實驗中不需二次稀釋，
所以實驗時間更為縮短。
請參閱第11a圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第四實施例訊號時間關係圖。請參閱第11b圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第四實施例相對訊號時間關係圖。當真實樣品帶有顏色時，會有光譜干擾的情形產生，使檢測結果產生誤差。在實驗中利用帶有CymMV蘭花病毒的汁液做檢測，蘭花汁液稀釋後顏色仍為青綠色(吸收波帶約為600nm)，會造成檢測時光譜干擾和溶液折射率變化。當注入帶有CymMV病毒的汁液，由於參考光纖中只修飾MCH而沒有專一抗體存在，由第11a圖可看出參考光纖111訊號瞬間小幅度下降，最主要是溶液中的光譜干擾及折射率變化所引起；而感測光纖112上修飾具有專一性的抗體，訊號瞬間小幅度下降後則有明顯分子結合動力學曲線，主要是抗體與抗原結合所產生的變化。當參考光纖111與感測光纖112訊號相除後(I'/I'0)，所得數據，如第11b圖所示。在此可明顯看出，自我校正感測系統具有自我校正的能力，降低樣品帶有顏色時的干擾。
請參閱第12a圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第五實施例訊號時間關係圖。請參閱第12b圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第五實施例相對訊號時間關係圖。請參閱第12c圖，其係為本發明之具校正功能之光纖式定域電漿共振系統之第五實施例相對訊號對數濃度關係圖。一般複雜檢體中會有多種生化指標的存在，為了達到能夠同時檢測出各種生化指標，所以設計了多重檢測的元件，主要是在微流體槽道中，設計有一條未含辨識元的參考光纖和修飾各
種生化指標辨認元的多條感測光纖，如此可以利用自我校正同時進行多重檢測。
以具自我校正功能之光纖式定域電漿感測系統進行多重檢測實驗，主要是分別以維生素H和二硝基苯(DNP)探針去偵測不同濃度的卵白素和抗二硝基苯(Anti-DNP)混合溶液，並利用參考光纖進行自我校正，以達到多重檢測的效果。第12a圖為分別利用維生素H和DNP對不同濃度的卵白素和抗二硝基苯(Anti-DNP)進行偵測所得訊號對時間的分子結合動力曲線圖，由圖中明顯可見，隨著不同待測物濃度的增加，可以得到不同的訊號下降曲線圖，此結果證實了具自我校正功能之多槽道系統的可行性，如第12b圖和第12c圖所示。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
2‧‧‧具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置
21‧‧‧參考光纖
211、221‧‧‧貴金屬奈米粒子層
22‧‧‧感測光纖
2211‧‧‧辨識元
23‧‧‧載體
Claims (17)
- 一種具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置，其包含：一參考光纖，係設置有一第一貴金屬奈米粒子層，部分之一入射光導入該參考光纖以產生一第一定域電漿共振感測訊號，其中該第一定域電漿共振感測訊號係分為該參考光纖表面未修飾辨識元時偵測空白所得的訊號IR0和該參考光纖偵測不同濃度的待測物所得的訊號IR；一感測光纖，係設置有一第二貴金屬奈米粒子層，且該第二貴金屬奈米粒子層更設置有一辨識元，另一部分之該入射光導入該感測光纖以產生一第二定域電漿共振感測訊號，其中該第二定域電漿共振感測訊號係分為該感測光纖表面修飾辨識元偵測空白所得的訊號IS0和該感測光纖偵測不同濃度的待測物所得的訊號IS；以及一載體，係置放該參考光纖和該感測光纖；其中，可使一處理單元根據該第一定域電漿共振感測訊號以對該第二定域電漿共振感測訊號進行校正，藉以得到一自我校正訊號，其中該該第一定域化電漿共振感測訊號、該第二定域化電漿共振感測訊號及該自我校正訊號係符合以下公式：I'0=IS0/IR0；I'=IS/IR；T'=I'/I'0=(IS/IR)/(IS0/IR0)=(IS/IS0)/(IR/IR0)=TS/TR；其中，I'0為偵測空白時上述IS0與IR0相除後所得的修正訊號；I' 為偵測相同待測物濃度時上述IS與IR相除後所得的修正訊號；T'=I'/I'0為自我校正後所得的該自我校正訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該第一貴金屬奈米粒子層係設置於該參考光纖之一剝除區域或一端面處。
- 如申請專利範圍第1項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該第二貴金屬奈米粒子層係設置於該感測光纖之一剝除區域或一端面處。
- 如申請專利範圍第1項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該光纖式定域電漿共振感測裝置係為微流體晶片、微樣品盤或現場即時採樣裝置。
- 如申請專利範圍第4項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置，其中當該光纖式定域共振感測裝置係為微樣品盤或現場時採樣裝置時，則該參考光纖和該感測光纖具有一鏡面、一濾膜或一剛性物質，該鏡面係用以反射該第一定域電漿共振感測訊號和該第二定域電漿共振感測訊號，該濾膜係用以過濾待測物中大顆粒物質，該剛性物質係用以支撐該參考光纖或該感測光纖。
- 如申請專利範圍第1項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該校正係包含補償樣品由基質組成所造成的干擾、外在環境溫度變化所引起的溶液折射率變動、振動時搖晃的影響或是光源不穩定所造成的訊號偏移或跳動。
- 如申請專利範圍第6項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該補償樣品由基質組成的干擾係包含溶液顏色、樣品高黏稠度所引起的溶液折射率變化。
- 如申請專利範圍第1項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該辨識元係為一化學辨識分子、一抗體(antibody)、一抗原(antigen)、一凝集素(lectin)、一激素受體(hormone receptor)、一核酸(nucleic acid)或一醣類。
- 一種具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其包含：一光源，係產生一入射光；一光纖式定域電漿共振感測裝置，其包含：一參考光纖，係設置有一第一貴金屬奈米粒子層，部分之該入射光導入該參考光纖以產生一第一定域電漿共振感測訊號，其中該第一定域電漿共振感測訊號係分為該參考光纖表面未修飾辨識元時偵測空白所得的訊號IR0和該參考光纖偵測不同濃度的待測物所得的訊號IR；一感測光纖，係設置有一第二貴金屬奈米粒子層，且該第二貴金屬奈米粒子層更設置有一辨識元，另一部分之該入射光導入該感測光纖以產生一第二定域電漿共振感測訊號，其中該第二定域電漿共振感測訊號係分為該感測光纖表面修飾辨識元偵測空白所得的訊號IS0和該感測光纖偵測不同濃度的待測物所得的訊號IS；以及一微樣品槽，係置放該參考光纖和該感測光纖；至少一光偵測單元，係接收該第一定域電漿共振感測訊號和該第二定域電漿共振感測訊號；以及一處理單元，根據該第一定域電漿共振感測訊號以對該第二定域電漿共振感測訊號進行校正，藉以得到一自我校正訊號，其中該第一定域化電漿共振感測訊號、該第二定域化電漿共振感測訊號及該自我校正訊號係符合以下公式： I'0=IS0/IR0；I'=IS/IR；T'=I'/I'0=(IS/IR)/(IS0/IR0)=(IS/IS0)/(IR/IR0)=TS/TR；其中，I'0為偵測空白時上述IS0與IR0相除後所得的修正訊號；I'為偵測相同待測物濃度時上述IS與IR相除後所得的修正訊號；T'=I'/I'0為自我校正後所得的該自我校正訊號。
- 如申請專利範圍第9項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其中該第一貴金屬奈米粒子層係設置於該參考光纖之一剝除區域或一端面處。
- 如申請專利範圍第9項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其中該第二貴金屬奈米粒子層係設置於該感測光纖之一剝除區域或一端面處。
- 如申請專利範圍第9項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其中該光纖式定域化電漿共振感測裝置係為微流體晶片、微樣品盤或現場即時採樣裝置。
- 如申請專利範圍第12項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其中當該光纖式定域電漿共振感測裝置係為微樣品盤或現場時採樣裝置時，則該參考光纖和該感測光纖具有一鏡面、一濾膜或一剛性物質，該鏡面係用以反射該第一定域電漿共振感測訊號和該第二定域電漿共振感測訊號，該濾膜係用以過濾待測物中大顆粒物質，該剛性物質係用以支撐該參考光纖或該感測光纖。
- 如申請專利範圍第9項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其中該校正係包含補償樣品由基質組成所造成的干擾、外在環境溫度變化所引起的溶液折射率變動、振動時搖晃 的影響或是光源不穩定所造成的訊號偏移或跳動。
- 如申請專利範圍第14項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其中該補償樣品由基質組成的干擾係包含溶液顏色、樣品高黏稠度所引起的溶液折射率變化。
- 如申請專利範圍第9項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其中該辨識元係為一化學辨識分子、一抗體(antibody)、一抗原(antigen)、一凝集素(lectin)、一激素受體(hormone receptor)、一核酸(nucleic acid)或一醣類。
- 如申請專利範圍第9項所述之具自我校正功能的光纖式定域電漿共振感測系統，其中更包含一鎖模放大器(Lock-in amplifier)，以放大該第一定域電漿共振感測訊號和該第二定域電漿共振感測訊號並減低系統雜訊。
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